Objective-C

Eine bemerkenswerte Eigenschaft von Objective-C ist das dynamische Binden von Methoden. Polymorphie ist im Gegensatz zu Sprachen, die auf Simula-67 basieren, nicht nur innerhalb einer Klassenhierarchie möglich, sondern auch darüber hinaus. Eine Methode mit einem bestimmten Namen (Selector) kann von Objekten jeder Klasse ausgeführt werden, die sie implementieren. Es ist nicht erforderlich, dass der Aufrufer die Klasse kennt oder die Methoden bereits in einer Basisklasse – wenn auch nur virtuell – definiert worden sind.

Es ist daher für den Absender nicht notwendig, die Klasse des Empfängers zu kennen. Vielmehr existiert ein Typ id, der für jedes Instanzobjekt jeder Klasse stehen kann. Analoges gilt für den Versand von Nachrichten an Klassenobjekte durch die Typisierung Class. Dabei sei aber erwähnt, dass zwar der Zeiger auf ein Instanzobjekt nicht typisiert ist, um spätes Binden zu ermöglichen. Die einzelnen Instanzen sind jedoch stets typisiert, gehören also genau einer Klasse an. Objective-C typisiert also streng, jedoch dynamisch.

In Objective-C gibt es eine strikte Trennung von Nachrichten und Methoden. Man spricht daher eigentlich in Objective-C gar nicht von Methodenaufrufen. Vielmehr gibt es einen Nachrichtensender (Sender) und einen Nachrichtenempfänger (Receiver). Allein der Receiver entscheidet anhand der Nachricht, welche Methode ausgeführt wird. Dabei wird zunächst versucht, eine gleichnamige Methode zu finden. Es existiert dazu korrespondierend ein Datentyp SEL (Selector), der einen Nachrichtennamen abbildet. Zur vollständigen Nachricht fehlen dann noch die Parameter und der Empfänger. Es ist darüber hinaus möglich, Nachrichtennamen erst zur Laufzeit zu erstellen.

Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, in einer IDE ganze Objektgraphen und Bedienungsoberflächen zu gestalten und zu verbinden, ohne dass die Eingabe von Sourcecode durch den Programmierer oder durch die IDE selbst erforderlich ist. Umgekehrt handelt es sich aber um das „normale“ Vorgehen des Dispatchers, sodass kein Aufsatz hierfür erforderlich ist und der Programmierer jederzeit die Kontrolle über die Ausführung jeder Methode behält.[6] In der Praxis entfällt damit ein Großteil der Programmierarbeit.

Kategorien sind Erweiterungen bereits bestehender Klassen um weitere Methoden. Hervorzuheben ist hierbei, dass die in den Kategorien enthaltenen Methoden auch Instanzen erweitern, die von fremdem Code erzeugt werden. Dies gilt auch dann, wenn der fremde Code die Kategorie gar nicht kennt.

Darüber hinaus verhält es sich so, dass diese Kategorie auch Instanzen hinzugefügt wird, die aus bestehendem Code stammen und daher die nachträglich hinzugefügte Kategorie gar nicht kennen. Wird also etwa in einem Framework, welches vor Jahren entwickelt wurde und dessen Sourcecode nicht vorliegt, eine Instanz von NSNumber erzeugt, so hat diese ebenfalls die vorgenannte Methode. Damit ist es möglich, vollständig fremden Klassen Methoden hinzuzufügen.

Ähnlich wie in Java mit Interfaces lassen sich in Objective-C Sätze von Methoden in Protokollen zusammenfassen.

Zur Laufzeit wird zu jedem Objekt, mittels RTTI, ein Verweis auf seinen Typ, also die Klasse, mitgeführt. Die Klasse enthält darüber hinaus eine Beschreibung aller Instanzvariablen und implementierten Methoden. Hieran entscheidet der Dispatcher im Receiver, welche Methode er der Nachricht zuordnet. Umgekehrt kann der Absender erfragen, welche Methoden implementiert sind.

In Objective-C existieren nicht nur Instanzobjekte (kurz: Instanzen), sondern auch Klassenobjekte. Die Bezeichnung „Exemplar einer Klasse“ ist daher in Objective-C mehrdeutig. Klassenobjekte können jedoch keine Member-Variablen enthalten und sind stets Singletons. Klassenmethoden werden durch ein vorangestelltes + gekennzeichnet. Da es sich um Objekte handelt, können diese zugewiesen werden. Sie haben selbst den Typ Class. Es existiert eine Instanzmethode -class und eine Klassenmethode +class, um das Klassenobjekt zu erhalten.

Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang die Eigenschaft, dass es für diese Klassenobjekte einen self-Zeiger gibt, der der Polymorphie zugänglich ist.

Um seine eigene Art von Objekten zu erstellen, muss man sie in einer Klasse beschreiben. Dazu wird im @interface-Teil – gewöhnlich in einer Header-Datei – die Klasse und deren Methoden definiert.

@interface Bruch : NSObject <Protokoll0, Protokoll1>

Jede Klasse hat einen Namen, der konventionsgemäß mit einem Großbuchstaben beginnt und im CamelCase fortgeführt wird. Die Bezeichner folgen den C-Regeln, dürfen also insbesondere keine Umlaute enthalten. Durch einen Doppelpunkt getrennt wird sodann die Basisklasse angegeben. Schließlich können in spitzen Klammern Protokolle angegeben werden, deren Implementierung versprochen wird. Handelt es sich um mehrere Protokolle, so sind deren Namen in den Klammern mit Kommata getrennt aufzulisten.

Es folgt in geschweiften Klammern die Liste der Instanzvariablen.

{
    NSInteger zaehler;
    NSInteger nenner;
}

Diese werden für jede Instanz angelegt. Die Sichtbarkeit lässt sich über Abschnitte mit @public, @private, @protected und @package (nur bei 64-Bit-Laufzeitsystem) steuern. @public bedeutet hierbei, dass jeder auf diese Instanzvariable zugreifen darf, @protected, dass dies nur im Code derselben Klasse oder abgeleiteten Klassen erfolgen darf, @private, dass dies nur in derselben Klasse erfolgen darf und @package, dass dies nur in Klassen des Frameworks erfolgen darf. Standard ist @protected, welches wegen anderer Technologien tatsächlich fast immer verwendet wird. Daher enthalten die allermeisten Klassendefinitionen keines der Schlüsselwörter zur Sichtbarkeit.

Nach den Instanzvariablen ist es seit Objective-C 2 möglich, Eigenschaften (Attribute oder Beziehungen) aufzulisten. Die Definition einer Property hat die Form

@property( Attributliste ) Typ name;

Die Attribute lassen sich hinsichtlich des Schreibschutzes, des Referenzmodelles und der Atomarität unterscheiden.

• Für den Schreibschutz existieren die Attribute readonly und readwrite (Default)
• Atomarität: Durch das Attribut „nonatomic“ wird der Zugriff auf die Eigenschaft für Singlethread-Nutzung optimiert. Standardmäßig sind Eigenschaften sicher für die Verwendung in Multithread-Umgebungen, um diese Eigenschaft explizit festzulegen, wird das entgegengesetzte Attribut „atomic“ angegeben.[7]
• Die Referenzierung wird über die Wörter „assign“ (Default) als reine Zuweisung im Setter auch dann, wenn der Typ der Property ein Instanzzeiger ist, „retain“ als Referenz im Sinne des Reference-Countings (der Parameter erhält die Nachricht „retain“) und „copy“, wenn der Setter eine Kopie anfertigen soll (der Parameter erhält die Nachricht „copy“), beschrieben.

Werden nur Default-Eigenschaften verwendet, so kann die Attributliste samt Klammer weggelassen werden:

@property NSInteger zaehler;

Wird jedoch der Code mit Referenzzählung als Speichermodell übersetzt und soll eine Eigenschaft mittels assign nur zugewiesen werden, so muss dies, obwohl voreingestellt, explizit angegeben werden. Ansonsten warnt der Compiler. Es bietet sich generell an, bei Instanzenzeigern explizit das Referenzmodell anzugeben, während es bei C-Typen überflüssig ist, da nur assign sinnvoll ist.

@property NSInteger zaehler; // NSInteger ist ein C-Typ.
@property( copy ) NSString* name; // NSString* ist ein Instanzzeiger.

Als Nächstes folgt eine Liste von Methoden:

- (void) printLn;
- (float) floatValue;

Jede einzelne Methodendeklaration beginnt zunächst mit einem ‚+‘ (Klassenmethode) oder ‚-‘ (Instanzmethode). Hiernach folgt in Klammern der Typ des Rückgabewertes, wobei wie in C void als Schlüsselwort für keinen Rückgabewert steht. Anschließend folgt der Methodenname, wobei wieder die Regeln für C-Bezeichner gelten.

Soll die Methode einen Parameter enthalten, so folgt als Teil des Bezeichners die äußere Beschreibung des ersten Parameters, darauf ein Doppelpunkt, in Klammern der Typ und sodann ein Bezeichner. Folgen weitere Parameter, so werden diese nach einem Leerzeichen wieder mit einem beschreibenden Namen versehen (der auch 0 Zeichen haben kann), worauf wieder ein Doppelpunkt, in Klammern der Typ und sodann ein Bezeichner folgen:

- (id)initWithZaehler:(NSInteger)zaehler andNenner:(NSInteger)nenner;

Abgeschlossen wird die Deklaration mit einem Semikolon.

Die Klassendefinition wird mit @end abgeschlossen.

Die Implementierung steht üblicherweise in einer weiteren Datei, die standardmäßig auf .m endet (Eselsbrücke: iMplementation oder Module). Sie beginnt mit @implementation und endet mit einem @end. Dazwischen werden die Methoden implementiert – gleichgültig, ob im Interface bekannt gemacht oder nicht. Dabei sind Standardmethoden und synthetisierte Methoden (nur Objective-C 2) für Eigenschaften (siehe oben) zu unterscheiden, Standardmethoden entsprechen in ihrem Kopf der Methodendeklaration. Jedoch tritt an die Stelle des Semikolons (das jedoch optional bleibt, unüblich!) die Anweisungsliste in geschweiften Klammern:

- (id)initWithZaehler:(NSInteger)zaehler andNenner:(NSInteger)nenner
{
   // Code hier
}

Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichner der formalen Parameter nicht denen aus der Methodendeklaration entsprechen müssen. Synthetisierte Methoden sind die Zugriffsmethoden für die Eigenschaften:

@synthesize zaehler, nenner;

Es werden dann Zugriffsmethoden für die im Interface angegebenen Attribute erzeugt. Standardmäßig verwendet der Compiler dabei gleichnamige Instanzvariablen. Dem Programmierer bleibt es aber vorbehalten, selbst diese Methoden auszuformulieren, wobei diese den Namen eigenschaft und setEigenschaft (nur bei readwrite) tragen müssen:

- (NSInteger)zaehler { return zaehler; }
- (void)setZaehler:(NSInteger)value { zaehler = value; }

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass man eine Eigenschaft mittels @dynamic bezeichnet. In diesem Falle überprüft der Compiler nicht mehr das Vorhandensein in der Implementierung. Man kann also die entsprechenden Methoden zur Laufzeit simulieren oder selbst der Klasse hinzufügen:

@dynamic zaehler; // Zugriffsmethoden werden zur Laufzeit gehandhabt.

Da Objective-C zwischen Nachricht und Methode unterscheidet, wird für das Versenden von Nachrichten keine an den C-Funktionsaufruf angelehnte Syntax verwendet. Vielmehr erfolgt der Versand in der Form:

[Empfänger Nachricht]

Soll eine Nachricht an ein Klassenobjekt verschickt werden, damit eine Klassenmethode ausgeführt wird, so schreibt man einfach die Klasse als Empfänger hin:

Bruch* bruch = [Bruch alloc]; // +alloc ist Klassenmethode

Bei Nachrichten an die Instanzmethode wird deren Zeiger verwendet: [bruch initWithZaehler:3 andNenner:4]; Wie ersichtlich, werden dabei die Parameter eingesetzt und mittels Leerzeichen, nicht Komma, getrennt. Nachrichten können auch verschachtelt werden. Z. B.

NSString *string = @"Hallo Welt";
NSData *data = [NSData dataWithBytes:[string cString] length:[string cStringLength]];

Hiermit wird ein neues Objekt der Klasse NSData erstellt. Die Bytes, die in das neue Objekt kopiert werden, werden mit [string cString] erfragt, die Länge des Blocks mit [string cStringLength].

Es werden also die Rückgabewerte der Methoden verwendet. Dies geht auch beim Empfänger, zum Beispiel:

Bruch* bruch = [[Bruch alloc] init]

Das Objekt, das mit [Klasse alloc] erzeugt wurde, bekommt die Botschaft init.

Objective-C bietet eine Syntax für Locks bei Threading an. Hierzu wird ein Code-Abschnitt mit dem Schlüsselwort @synchronized eingeleitet, welches als Parameter ein Objekt als Lock erhält:

@synchronized( anInstance ) {
   // Exklusiver Code für den Lock anInstance
}

Exceptionhandling erfolgt in Objective-C mittels @try, @catch, @finally und @throw;

Geworfen wird eine Exception – unmittelbar mit Sprachmitteln – mittels des Schlüsselwortes @throw; Durch Angaben verschiedener Klassen kann man sowohl auf derselben Ebene wie auch in Hierarchien bestimmt werden, welcher Klasse eine Exception sein soll, die gefangen wird. Im @catch-Block kann die Exception erneut geworfen werden und wird dann von einem äußeren Exceptionhandler behandelt.

GNUstep hat in alten Versionen den Garbage Collector von Hans Boehm unterstützt, dieser ist jedoch inkompatibel zu Apples Implementierung. Leopard und GNUstep enthalten einen optionalen konservativen Garbage Collector für Objective-C 2.0.

Objective-C 2.0 führt eine neue Syntax ein, mit der man Instanzvariablen als Properties deklarieren kann. Die Syntax unterstützt optionale Attribute, welche die Zugriffsmethoden näher definieren: Eine Property kann als readonly deklariert werden, und kann mit verschiedenen Verhaltensregeln zur Speicherverwaltung wie assign, copy oder retain versehen werden.

Properties werden mit dem Schlüsselwort @synthesize implementiert, welches Getter und Setter-Methoden gemäß der Property-Deklaration erzeugt. Alternativ kann man auch das Schlüsselwort @dynamic verwenden, um anzuzeigen, dass man diese Methoden selber implementiert. Im Falle des folgenden Beispiels ist es jedoch optional, da der Compiler die Implementierung der Akzessoren bemerkt. Wichtiger ist das Schlüsselwort @dynamic, wenn die Akzessoren erst zur Laufzeit erzeugt werden. Denn hier würde der Compiler eine entsprechende Definition vermissen und eine Warnung ausgeben. Dies ist etwa bei Managed Objects der Fall, die zur Laufzeit Akzessoren aus der geladenen Beschreibungsstruktur der Entität erzeugen.

Auf Akzessoren, gleichgültig ob explizit definiert oder über eine Property angelegt, kann mit der aus anderen Sprachen bekannten Punkt-Notation zugegriffen werden.

Hierbei erfolgt allerdings kein unkontrollierter Zugriff auf die Instanzvariable, sondern es werden die Akzessoren -eigenschaft und set- Eigenschaft verwendet.

Um die Punktnotation innerhalb einer Instanzmethode zu verwenden, benutzt man das Schlüsselwort self. Auf die Eigenschaften einer Instanz kann auch dynamisch per Reflexion zugegriffen werden.

Ab 2.0 stellt Objective-C die „for-in“-Syntax zur Verfügung, um durch eine Kollektion zu iterieren (sie zu durchlaufen).

// alt iterieren
NSEnumerator *enumerator = [thePeople objectEnumerator];
Person *p;

while ((p = [enumerator nextObject]) != nil) {
 NSLog(@"%@ is %i years old.", [p name], [p age]);
}

// alternativ iterieren
for (int i = 0; i < [thePeople count]; i++) {
 Person *p = [thePeople objectAtIndex:i];
 NSLog(@"%@ is %i years old.", [p name], [p age]);
}

// neu iterieren
for (Person *p in thePeople) {
 NSLog(@"%@ is %i years old.", [p name], [p age]);
}

Obwohl beide Sprachen in C einen gemeinsamen Vorfahren haben, ergeben sich insbesondere aus dem späten Binden und der Möglichkeit, Klassen und Nachrichten zur Laufzeit zu erstellen, erhebliche Konzeptunterschiede.

Objective-C bietet Kategorien als Lösungsmöglichkeit an. Hierbei wird nachträglich der Methodensatz einer Klasse erweitert.